Naturaleza y propiedades de los suelos lateríticos derivados de diferentes materiales madre en Taiwán

Resumen

El objetivo de este estudio fue investigar la composición física, química y mineralógica de los suelos lateríticos con el fin de utilizar estos suelos como potenciales productos comerciales para su aplicación industrial en el futuro. Se recogieron cinco suelos lateríticos derivados de varios materiales madre en Taiwán, incluyendo andesita, diluvio, piedra de esquisto, basalto y depósito del Pleistoceno, a partir del nivel de muestras de suelo. Según los análisis, el suelo de Tungwei es un alfisol, mientras que otros suelos lateríticos son ultisoles. El mayor valor de pH de Tungwei se atribuye a las grandes cantidades de Ca2+ y Mg2+. Los suelos Loupi y Pingchen serían los suelos lateríticos más antiguos debido a la menor proporción de hierro activo. En cuanto a los minerales de hierro, los óxidos de hierro magnéticos, como las mayores cantidades de magnetita y maghemita, se encontraron en los suelos lateríticos de Tamshui y Tungwei, respectivamente. La lepidocrocita sólo se encontró en el suelo de Soka y se detectaron cantidades intermedias de goethita en los suelos de Loupi y Pingchen. Tras los procesos de saturación de Mg y K, se observaron cantidades importantes de capa mixta en los suelos de Loupi y Soka, mientras que la montmorillonita sólo se detectó en el suelo de Tungwei. Los resultados de la investigación revelaron que los materiales parentales desempeñan un papel importante durante el proceso de meteorización del suelo y que las composiciones físicas, químicas y mineralógicas afectan en gran medida a la formación de los suelos lateríticos.

1. Introducción

Los suelos lateríticos son uno de los suelos más importantes y están muy extendidos en zonas tropicales y climas subtropicales. Son los suelos más meteorizados en el sistema de clasificación. Los suelos lateríticos de Taiwán se clasifican principalmente en ultisoles y alfisoles y cubren aproximadamente el 25% de las tierras de cultivo. Las características más significativas de los suelos lateríticos son su color único, su escasa fertilidad, su alto contenido en arcilla y su menor capacidad de intercambio catiónico. Además, los suelos lateríticos poseen una gran cantidad de óxidos de hierro y aluminio . Los óxidos de hierro, que existen principalmente en las formas inorgánicas amorfas y cristalinas, son uno de los principales componentes en muchos órdenes de suelos. En mi estudio anterior, se utilizaron una serie de muestras de suelo que incluían alfisol, inceptisol, entisol y ultisol para probar su eficiencia de eliminación de H2S del gas de carbón caliente. Los resultados experimentales mostraron que los ultisoles tienen la mejor eficiencia de eliminación entre todas las muestras de suelo. Además, el contenido de hierro libre total se ha confirmado como el principal componente que afecta a la eficiencia de eliminación global. Por lo tanto, es muy importante entender las propiedades detalladas de los suelos lateríticos cuando van a ser un producto comercial para la aplicación industrial. Sobre la base del estudio anterior, se cree que los suelos lateríticos de Tamshui y Tungwei son los mejores candidatos para la aplicación industrial debido a la presencia de magnetita y maghemita, que son dos tipos de óxidos de hierro que tienen una excelente sulfuración termodinámica en comparación con otros óxidos de hierro . El material parental es un factor clave que afecta a la composición y distribución del hierro y los minerales en los suelos lateríticos. Anda et al. informaron de una serie de oxisoles derivados de serpentinita, basalto y andesita y descubrieron que el contenido de óxidos de hierro tiene una distribución claramente diferente. Se determinó aproximadamente un 19% de óxido de hierro para los suelos lateríticos derivados de serpentinita. Diferentes materiales parentales también traen las diferentes propiedades físicas y químicas.

Por lo tanto, con el fin de comprender mejor la información detallada de los suelos lateríticos, los principales objetivos de este estudio fueron investigar las propiedades de los suelos lateríticos derivados de diferentes materiales parentales, incluyendo piedra de esquisto, basalto, diluvio, y andesita, y proporcionar información básica sobre los suelos lateríticos para el desarrollo agrícola.

2. Materiales y Métodos

2.1. Área de estudio

Cinco suelos lateríticos utilizados en este estudio fueron recogidos en diferentes lugares de Taiwán. Están ubicados en el condado de Taipei (Tamshui), el condado de Taoyuan (Pingchen), el condado de Pingtung (Loupi), el condado de Taitung (Soka) y el condado de Penghu (Tungwei), respectivamente. En la tabla 1 se describe brevemente la caracterización morfológica de estos suelos lateríticos. Según la clasificación del suelo, Tamshui, Pingchen, Loupi y Soka son ultisoles y Tungwei es un alfisol.

2.2. Métodos analíticos

Las muestras de suelo se secaron al aire, se trituraron con un mortero y se tamizaron para eliminar los fragmentos gruesos (>2 mm). La distribución del tamaño de las partículas se obtuvo por el método de la pipeta después de eliminar el carbonato, las materias orgánicas y el MnO2. El carbonato se eliminó mediante NaOAc 1 M con pH = 5 a 60°C y las materias orgánicas y el MnO2 se digirieron al 30%. El valor del pH del suelo se midió en una mezcla de 1 : 1 suelo/agua desionizada y 1 : 1 suelo/1 M solución de KCl mediante electrodo de vidrio, respectivamente . El contenido de materia orgánica se determinó por el método de oxidación húmeda de Walkley-Black. La capacidad de intercambio catiónico se determinó por el método del acetato de amonio a pH = 7 . El Fe libre (Fed) se extrajo por el método de ditionito-citrato-bicarbonato (DCB) . El oxalato de amonio ácido en la oscuridad se utilizó para extraer el Fe no cristalino (poco cristalino y unido orgánicamente) (Feox) . La concentración de cationes intercambiables y de Fe se determinó por ICP/AES (modelo JY38P, JOBIN YVON). La composición mineralógica se detectó mediante difracción de polvo de rayos X para las muestras de arcilla. Las muestras de arcilla se saturaron con 0,5 MgCl2 (saturado de Mg) y 1 M KCl (saturado de K), respectivamente. Las propiedades de expansión de las muestras de arcilla saturadas de Mg se determinaron utilizando la disolución de etilenglicol a 65°C durante 24 horas. Las muestras de arcilla saturadas de K se sometieron a tratamientos térmicos sucesivos a 110, 350 y 550°C durante 2 horas. Las muestras de arcilla orientada se examinaron con un difractómetro de rayos X Rigaku Modelo D/MAX III-V equipado con una radiación CuKα filtrada con Ni generada a 30 mA y 40 kV. Los patrones de difracción se registraron de 3° a 90° con una velocidad de barrido de 3°/min. La identificación y la determinación semicuantitativa de los minerales de arcilla se basaron en la diferencia de los patrones de reflexión de las muestras saturadas de K, saturadas de Mg, glicoladas, calentadas y secadas al aire.

3. Resultados y discusión

3.1. En las Tablas 2 y 3 se describen brevemente algunas propiedades físicas y químicas, así como las condiciones de los suelos recogidos. La notación de color Munsell de estos suelos aparece en 2,5 a 5YR, indicando que el color de estos suelos es rojo o marrón rojizo. Loupi, Soka y Tungwei contienen grandes cantidades de fracción arcillosa, mientras que Tamshui y Pingchen se componen principalmente de fracción limosa. Pertenecen a la clasificación de textura arcilla y arcilla limosa, respectivamente. Excepto Pingchen, todos los suelos poseen una estructura moderada. Tamshui y Tungwei parecen tener una estructura granular moderada y muy fina; los demás parecen tener una estructura de bloques subangulares y de bloques angulares. Los valores de pH () de los suelos son 4,85, 4,06, 4,02, 4,46 y 8,13 para Tamshui, Pingchen, Loupi, Soka y Tungwei, respectivamente. Obviamente, todos los suelos son de naturaleza ácida, excepto Tungwei. La diferencia de pH (pHKCl-) muestra un valor negativo para todos los suelos, lo que sugiere que la carga dominante en la superficie de todos los suelos es negativa. Por otra parte, esto también indica que una parte de los sitios de intercambio tiene iones de hidrógeno. Esto proporciona una capacidad de intercambio de aniones y disminuye el valor de la capacidad de intercambio de cationes. A pH 7, los iones de hidrógeno han desaparecido y, por tanto, la capacidad de intercambio de cationes es un valor inflado. En el caso de Tungwei, su valor de pH pertenece a la región alcalina. Esto se debe a que este lugar contiene grandes cantidades de carbonato de calcio y nódulos de concha. Por lo tanto, los cationes intercambiables de Ca2+ y Mg2+ para Tungwei son 9,28 y 8,73 (cmol kg-1), respectivamente. El valor es significativamente más alto que el de otros suelos lateríticos, lo que indica que el alto valor de pH de Tungwei es el resultado de grandes cantidades de Ca2+ y Mg2+.

Muestra Profundidad (cm) Horizonte Color Munsell (seco) Arena Limo Arcilla Textura Estructura Consistencia (%) Tamshui 0-10 A 2.5YR 3/4 11,5 45,6 42.9 Arcilla fina 2-vf-gr Muy friable Pingchen 0-10 Ap1 5YR 6/8 14,4 43.8 41,8 Arcilla fina 1-vf-sbk Dura Loupi 0-10 Ap1 5YR 5/6 14,3 34.2 51,5 Arcilla 2-f-sbk Friable Soka 0-10 A 5YR 4/5 23,5 26,8 49.7 Arcilla 2-f-abk Firme Tungwei 0-10 A 2.5YR 3/4 17.7 22.1 60.2 Arcilla 2-vf-gr Firme

1: débil; 2: moderado; vf: muy fino; f: fino; gr: granular; sbk: bloque subangular; abk: bloque angular.

Tabla 2

Algunas propiedades físicas de los suelos lateríticos en estudio.

Muestra PH H2O PH KCl ΔpH KCl – H2O CEC* (cmol/kg) Materias orgánicas (g/kg) BSP (%) Fed (%) Feox (%) Feox/Fed Tamshui 4.85 4,03 -0,82 12,3 15,8 17,4 6,75 1,06 15,7 Pingchen 4.06 2,94 -1,12 8,9 23,1 7,23 3,86 0,36 9,32 Loupi 4.02 3.39 -0.63 8.4 32.4 3.12 5.31 0,47 8,85 Soka 4,46 3,74 -0.72 13.8 3.5 87.3 8.74 1.03 11.8 Tungwei 8,13 7,31 -0,82 18,7 26.5 23,8 13,8 2,42 17,6

Los valores de CEC son para pH 7.

Tabla 3

Algunas propiedades químicas de los suelos lateríticos estudiados.

Los óxidos de hierro libres u óxidos de hierro extraíbles con DCB (Fed) en cinco suelos estudiados oscilan entre 3,86 y 13,8%. Los contenidos de óxidos de hierro extraíbles con oxalato (Feox) de los cinco suelos son muy bajos. Los valores de Feox en cinco suelos oscilan entre el 0,36 y el 2,42%. Este resultado refleja que los óxidos de hierro en los suelos lateríticos contienen menos cantidades de óxidos de hierro en forma cristalina o amorfa y la principal forma de óxidos de hierro presente en el suelo son los óxidos de hierro cristalinos. La relación entre Feox y Fed ha sido expresada como la «relación de hierro activo» por Lekwa y Whiteside . En este estudio, la proporción de hierro activo para Loupi y Pingchen es menor que la de Tamshui y Tungwei. Este resultado puede proporcionar la evidencia sobre las edades de formación del suelo . La proporción de Feox a Fed de los cinco suelos lateríticos sigue el orden Tungwei > Tamshui > Soka > Pingchen > Loupi. Esto implica que Loupi puede ser el suelo laterítico más antiguo en comparación con los demás.

3.2. La composición mineralógica de los cinco suelos lateríticos está tabulada en la Tabla 4. La principal diferencia entre estos suelos es el contenido de óxidos de hierro. Las especies de hierro dominantes son la magnetita y la maghemita para Tamshui y Tungwei. Estas dos muestras de suelo poseen las especies de hierro magnético probablemente debido a las condiciones de sus materiales parentales. Los materiales parentales de Tamshui y Tungwei son andesita y basalto, respectivamente, que pertenecen a la roca ígnea. Debido a que los materiales parentales o paisajes son más jóvenes, el grado de meteorización o lixiviación química es menos intenso y la presencia de magnetita y maghemita se atribuye a esta razón. A diferencia de Tamshui y Tungwei, Pingchen y Loupi contienen idénticas especies de óxidos de hierro (goethita y menos hematita) y la principal especie de óxido de hierro contenida en Soka es la lepidocrocita. En general, la hematita es la fase estable de los óxidos de hierro en la atmósfera. Taiwán se encuentra en el límite entre el clima tropical y el subtropical. La precipitación media anual es de unos 2.400 mm y la temperatura media es de unos 23°C. En estas condiciones de alta humedad, la hematita se transforma en goethita o lepidocrocita. En los cinco suelos, se detectan pequeñas cantidades de hematita por DRX. Después del tratamiento saturado de K y Mg, también se identifican algunos minerales de arcilla en este estudio. Pingchen y Loupi poseen los mismos minerales de arcilla, incluyendo caolinita, micas, gibbsita, vermiculita y clorita de capa mixta menor. Soka contiene grandes cantidades de cuarzo, micas y minerales de arcilla de capa mixta junto con pequeñas cantidades de clorita y gibbsita. Los minerales de arcilla de Tamshui y Tungwei no son llamativos. Sólo se detecta montmorillonita en el suelo de Tungwei. Sobre la base del análisis químico y mineralógico, se puede determinar que la diferencia entre los suelos lateríticos de Taiwán es el resultado de la diferencia entre los distintos materiales parentales. Los materiales parentales son un factor importante en el proceso de formación de los suelos lateríticos. El grado de meteorización probablemente disminuye en el orden Loupi ≒ Pingchen > Soka > Tamshui > Tungwei.

Qz: cuarzo o halloysita; Kao: caolinita; Mic: micas; Gib: gibbsita; Hem: hematita; Goe: goethita; Lep: lepidocrocita; Mag: magnetita; Maghem: maghemita; Ver: vermiculita; Mon: montmorillonita; Chl: clorita; ML: capa mixta.
bFracción de arcilla sin eliminar los óxidos de hierro libres.
cLa magnetita y la maghemita se concentraron mediante imán de mano.
++++: dominante; +++: mayor; ++: intermedio; +: menor; nd: no detectado.

Localización de los suelos Composición mineralógica Qza Kao Mic Gib Hem Goe Lep Magb,c Maghemb,c Ver Mon Chl ML Tamshui ++ + ++ + + nd +++ ++ nd nd nd + + Pingchen ++++ ++ +++ ++ + nd nd nd ++ nd + ++ Loupi ++++ ++ +++ ++ + ++ nd nd nd ++ + +++ Soka +++ + +++ ++ + + ++ nd nd nd ++ +++ Tungwei ++ + + + + + nd + +++ + +++ nd +

Tabla 4

Composición de minerales en la fracción de arcilla para los cinco suelos lateríticos estudiados.

4. Conclusiones

En este estudio se examinaron cinco suelos lateríticos formados a partir de diversos materiales parentales en Taiwán para conocer sus propiedades físicas, químicas y mineralógicas. Los resultados revelaron que los materiales parentales juegan un papel importante durante la meteorización del suelo. Las composiciones físicas, químicas y mineralógicas afectan en gran medida a la formación del suelo. Los suelos lateríticos de Pingchen y Loupi tienen probablemente un proceso de meteorización más fuerte, mientras que el de Tungwei tiene la edad de formación del suelo más joven. La mayor diferencia entre todos los suelos lateríticos es su contenido en óxidos de hierro. Los suelos lateríticos de Tamshui y Tungwei tienen óxidos de hierro magnéticos. La magnetita y la maghemita son los principales óxidos de hierro en Tamshui y Tungwei, respectivamente. La lepidocrocita sólo se encontró en los suelos lateríticos de Soka y se determinó una cantidad intermedia de goethita en los suelos de Loupi.

Conflicto de intereses

El autor declara que no existe ningún conflicto de intereses en relación con la publicación de este trabajo.

Agradecimientos